МАЖОРИТАРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ "7 И БОЛЕЕ ИЗ 13" Российский патент 2017 года по МПК G06F7/38 H03K19/23 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в радиосредствах специальной радиосвязи для высоконадежной передачи данных по радиоканалу в условиях воздействия комплекса помех, а также может быть использовано как элемент более сложного устройства - блока логической обработки, реализующего заданный мажоритарный алгоритм повышения достоверности по совокупности правил мажоритирования [МПК G06F 7/38, H03K 19/23].

Из уровня техники известен МАЖОРИТАРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ [авторское свидетельство СССР №1819100], содержащий управляемый генератор импульсов, 2 счетчика, дешифратор, коммутатор, цифровой компаратор, 3 элемента И и D-триггер.

Недостатком аналога является использование большой номенклатуры логических элементов, а также сложность реализации на электронных компонентах с изменяемой архитектурой.

Наиболее близким по технической сущности является МАЖОРИТАРНЫЙ МОДУЛЬ [патент РФ на изобретение №2533079], при этом вариант реализации им мажоритарной функции «4 и более из 7» содержит совокупность 14 мажоритарных элементов, которые реализуют мажоритарную функцию трех аргументов, 10284 двухвходовых элементов И и 1713 элементов ИЛИ.

Недостатком прототипа является схемотехническая сложность построения мажоритарного элемента, а также использование большой номенклатуры логических элементов и сложность реализации на электронных компонентах с изменяемой архитектурой.

Техническим результатом изобретения является схемотехническое упрощение, сокращение номенклатуры и числа используемых логических элементов, а также обеспечение возможности реализации мажоритарного элемента на электронных компонентах с изменяемой архитектурой.

Технический результат достигается за счет того, что заявлен мажоритарный элемент «7 и более из 13», содержащий 46 двухвходовых элементов И и 42 элемента ИЛИ, отличающийся тем, что содержит 13 иерархических уровней с логическими элементами ИЛИ и двухвходовыми элементами И, каждый из первых 6 уровней состоит из 6 пар элементов ИЛИ и И, при этом каждый из 12 первых входов устройства соединен с соответствующей парой элементов ИЛИ и И 1 уровня, а 13 вход соединен с шестой парой логических элементов ИЛИ и И 2 уровня, выходы каждого их логических элементов 1 уровня соединены с парой элементов ИЛИ и И 2 уровня, при этом первый элемент ИЛИ 1 уровня соединен с первой парой логических элементов ИЛИ и И 3 уровня, выходы каждого из логических элементов 2 уровня соединены с парами логических элементов ИЛИ и И 3 уровня, при этом последний элемент И 2 уровня соединен с шестой парой элементов ИЛИ и И 4 уровня, выходы каждого их логических элементов 3 уровня соединены с парой элементов ИЛИ и И 4 уровня, при этом первый элемент ИЛИ 3 уровня соединен с первой парой логических элементов ИЛИ и И 5 уровня, выходы каждого из логических элементов 4 уровня соединены с парами логических элементов ИЛИ и И 5 уровня, при этом последний элемент И 4 уровня соединен с шестой парой элементов ИЛИ и И 6 уровня, выходы каждого их логических элементов 5 уровня соединены с парой элементов ИЛИ и И 6 уровня,

при этом выход первого элемента ИЛИ 5 уровня соединен с первым элементом И 7 уровня, к другому входу которого подключен выход первого элемента ИЛИ 6 уровня, выходы следующей пары элементов И и ИЛИ 6 уровня подключены к второму элементу И 7 уровня, при этом выход элемента ИЛИ 6 уровня также подключен к первому элементу И 8 уровня, на другой вход которого подключен выход первого элемента И 7 уровня, выходы следующей пары элементов И и ИЛИ 6 уровня подключены к третьему элементу И 7 уровня, при этом выход элемента ИЛИ 6 уровня также подключен к элементу И 9 уровня, к другому входу которого подключен выход первого элемента И 8 уровня, к выходу следующего элемента И 6 уровня подключен элемент ИЛИ 9 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента ИЛИ 8 уровня,

выход следующего элемента ИЛИ 6 уровня подключен к третьему элементу И 8 уровня и к элементу И 10 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента И 9 уровня, при этом к входу третьего элемента И 8 уровня подключен выход третьего элемента И 7 уровня,

выход следующего элемента И 6 уровня подключен к элементу ИЛИ 8 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента ИЛИ 7 уровня,

выход следующего элемента ИЛИ 6 уровня подключен ко второму элементу И 8 уровня, к второму входу которого подключен выход второго элемента И 7 уровня,

выход следующего элемента И 6 уровня подключен к элементу ИЛИ 7 уровня, к другому входу которого подключен выход последнего элемента И 6 уровня, выход предпоследнего элемента ИЛИ 6 уровня подключен к элементу И 12 уровня, к второму входу которого подключен выход элемента И 11 уровня, к входу элемента И 11 уровня подключен выход элемента И 10 уровня, второй вход которого соединен с входом второго элемента И 8 уровня,

выход третьего элемента И 8 уровня подключен к элементу ИЛИ 10 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента ИЛИ 9 уровня, при этом выход элемента ИЛИ 10 уровня соединен с элементом ИЛИ 11 уровня, к другому входу которого подключен выход второго элемента И 8 уровня,

к входам элемента ИЛИ 13 уровня подключен выход элемента ИЛИ 11 уровня и выход элемента И 12 уровня, при этом его выход является выходом мажоритарного повторителя.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлено схематичное изображение мажоритарного элемента «7 и более из 13».

На фиг. 2 представлен пример работы мажоритарного элемента «7 и более из 13».

На чертежах большими цифрами отмечены порядковые номера иерархических уровней логических элементов, средними цифрами - порядковые номера входов и выходов устройства, а также логических элементов, маленькими цифрами отмечены состояния входов и выходов логических элементов, которые расположены над соответствующими цифрами.

На фигурах обозначено: 1-13 - входы устройства, 26-31 - элементы ИЛИ 2 уровня, 32-37 -элементы И 2 уровня, 38-43 - элементы ИЛИ 3 уровня, 44-49 - элементы И 3 уровня, 50-55 - элементы ИЛИ 4 уровня, 56-61 - элементы И 4 уровня, 62-67 - элементы ИЛИ 5 уровня, 68-73 - элементы И 5 уровня, 74-79 элементы ИЛИ 6 уровня, 80-85 - элементы И 6 уровня, 86 - элемент ИЛИ 7 уровня, 87-89 - элементы И 7 уровня, 90 - элемент И 8 уровня, 91-93 - элементы И 8 уровня, 94 - элемент И 9 уровня, 95 - элемент И 9 уровня, 96 - элемент И 10 уровня, 97 - элемент И 10 уровня, 98 - элемент ИЛИ 11 уровня, 99 - элемент И 11 уровня, 100 - элемент И 12 уровня, 101 - элемент И 13 уровня, 102 - выход устройства.

Осуществление изобретения

Мажоритарный элемент «7 и более из 13» содержит 13 иерархических уровней с логическими элементами ИЛИ и двухвходовыми элементами И, каждый из первых 12 уровней состоит из 6 пар элементов ИЛИ и И, при этом каждый из 12 первых входов устройства 1-12 соединен с соответствующей парой элементов ИЛИ 14-19 и И 20-25 1 уровня, а вход устройства 13 соединен с шестой парой логических элементов ИЛИ 31 и И 37 2 уровня, выходы каждого их логических элементов 1 уровня соединены с парой элементов ИЛИ 26-31 и И 32-37 2 уровня, при этом первый элемент ИЛИ 14 1 уровня соединен с первой парой логических элементов ИЛИ 38 и И 44 3 уровня, выходы каждого из логических элементов 2 уровня соединены с парами логических элементов ИЛИ 38-43 и И 44-49 3 уровня, при этом последний элемент И 37 2 уровня соединен с шестой парой элементов ИЛИ 55 и И 61 4 уровня, выходы каждого их логических элементов 3 уровня соединены с парой элементов ИЛИ 50-55 и И 56-61 4 уровня, при этом первый элемент ИЛИ 38 3 уровня соединен с первой парой логических элементов ИЛИ 62 и И 68 5 уровня, выходы каждого из логических элементов 4 уровня соединены с парами логических элементов ИЛИ 62-67 и И 68-73 5 уровня, при этом последний элемент И 61 4 уровня соединен с шестой парой элементов ИЛИ 79 и И 85 6 уровня, выходы каждого их логических элементов 5 уровня соединены с парой элементов ИЛИ 74-79 и И 80-85 6 уровня.

Выход первого элемента ИЛИ 62 5 уровня соединен с первым элементом И 87 7 уровня, к другому входу которого подключен выход первого элемента ИЛИ 74 6 уровня. Выходы следующей пары элементов И 80 и ИЛИ 75 6 уровня подключены к второму элементу И 88 7 уровня, при этом выход элемента ИЛИ 88 также подключен к первому элементу И 91 8 уровня, на другой вход которого подключен выход первого элемента И 87 7 уровня.

Выходы следующей пары элементов И 81 и ИЛИ 76 6 уровня подключены к третьему элементу И 89 7 уровня, при этом выход элемента ИЛИ 76 также подключен к элементу И 95 9 уровня, к другому входу которого подключен выход первого элемента И 91 8 уровня, к выходу следующего элемента И 82 7 уровня подключен элемент ИЛИ 94 9 уровня, к другому ходу которого подключен выход элемента ИЛИ 90 8 уровня.

Выход следующего элемента ИЛИ 77 6 уровня подключен к третьему элементу И 93 8 уровня и к элементу И 96 10 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента И 95 9 уровня, при этом к входу третьего элемента И 93 8 уровня подключен выход третьего элемента И 89 7 уровня.

Выход следующего элемента И 83 6 уровня подключен к элементу ИЛИ 90 8 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента ИЛИ 86 7 уровня.

Выход следующего элемента ИЛИ 78 6 уровня подключен второй элемент ИЛИ 92 8 уровня, к второму входу которого подключен выход второго элемента И 88 7 уровня. Выход следующего элемента И 84 6 уровня подключен к элементу ИЛИ 86 7 уровня, к другому входу которого подключен выход последнего элемента И 85 6 уровня, выход предпоследнего элемента ИЛИ 79 6 уровня подключен к элементу И 100 12 уровня, к второму входу которого подключен выход элемента И 99 11 уровня, к входу элемента И 99 11 уровня подключен выход элемента И 97 10 уровня, второй вход которого соединен с входом второго элемента И 92 8 уровня.

Выход третьего элемента И 93 8 уровня подключен к элементу ИЛИ 96 10 уровня к другому входу которого подключен выход элемента ИЛИ 94 9 уровня, при этом выход элемента ИЛИ 96 10 уровня соединен с элементом ИЛИ 98 11 уровня, к другому входу которого подключен выход второго элемента И 92 8 уровня.

К входам элемента И 10113 уровня подключен выход элемента ИЛИ 98 11 уровня и выход элемента И 100 12 уровня, при этом его выход является выходом 102 мажоритарного повторителя.

Технический результат изобретения - схемотехническое упрощение мажоритарного элемента, сокращение числа используемых логических элементов и сокращение номенклатуры применяемых логических элементов достигается за счет использования 13 иерархических уровней с логическими элементами ИЛИ и двухвходовыми элементами И. Прототип содержит 14 мажоритарных элементов, которые реализуют мажоритарную функцию трех аргументов, 10284 двухвходовых элементов И и 1713 элементов ИЛИ, при этом заявленное техническое решение содержит всего 88 логических элементов, из которых 42 элемента ИЛИ и 46 двухвходовых элементов И, что подтверждает вышеуказанный технический результат.

Технический результат изобретения - обеспечение возможности реализации мажоритарного элемента на электронных компонентах с изменяемой архитектурой достигается за счет использования логических элементов ИЛИ и двухвходовых элементов И, реализация иерархических построений которых технически наиболее простая и реализуется на большинстве электронных компонентов с изменяемой архитектурой, например, программируемых логических микросхемах или различных контроллерах.

Заявленное техническое решение работает следующим образом.

Принцип работы устройства заключается в том, что на входы 1-13 устройства поступает произвольная последовательность двоичных символов «1» и «0», а на выходе устройства - 102, по принятому критерию большинства «7 и более из 13» формируется «ответ» - значение тех элементов входной последовательности, число которых превышает число противоположных. Таким образом, если число логических единиц среди входных значений превышает число логических нулей, то на выходе устройства будет сформировано значение, равное логической «1», что будет справедливо и в обратном случае: при большем числе логических нулей, выходное значение будет соответствовать логическому «0».

В качестве примера, поясняющего работу мажоритарного элемента «7 и более из 13», рассмотрим поступление на входы устройства 1-13 вектора [1010111011101].

После этого последовательно на выходах каждого из 13 уровней иерархического построения будут сформированы следующие вектора состояний (см. Фиг. 2): на выходах элементов 1 уровня 14, 20, 15, 21, 16, 22, 17, 23, 18, 24, 19 и 25 сформируется вектор [101011101110];

на выходах элементов 2 уровня 26, 32, 27, 33, 28, 24, 29, 25, 30, 36, 31 и 37 сформируется вектор [101011101110];

на выходах элементов 3 уровня 38, 44, 39, 45, 40, 46, 41, 47, 42, 48, 43, и 49 сформируется вектор [111010111011];

на выходах элементов 4 уровня 50, 56, 51, 57, 52, 58, 53, 59, 54, 60, 55 и 61 сформируется вектор [111010111010];

на выходах элементов 5 уровня 62, 68, 63, 69, 64, 70, 65, 71, 66, 72, 67 и 73 сформируется вектор [111110101110];

на выходах элементов 6 уровня 74, 80, 75, 81, 76, 82, 77, 83, 78, 84, 79 и 85 сформируется вектор [111110101100];

на выходах элементов 7 уровня 87, 88, 89 и 86 сформируется вектор [1111];

на выходах элементов 8 уровня 91, 92, 93 и 90 сформируется вектор [1111];

на выходах элементов 9 уровня 95 и 94 сформируется вектор [11];

на выходах элементов 10 уровня 97 и 96 сформируется вектор [11];

на выходах элементов 11 уровня 99 и 98 сформируется вектор [11];

выход элемента 100 12 уровня примет значение логического «0», при этом выход устройства 102, являющийся выходом элемента 101 13 уровня примет значение логической «1».

При других входных значениях устройство работает аналогичным образом.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в радиосредствах специальной радиосвязи для высоконадежной передачи данных по радиоканалу в условиях воздействия комплекса помех, а также может быть использовано как элемент более сложного устройства - блока логической обработки, реализующего заданный мажоритарный алгоритм повышения достоверности по совокупности правил мажоритирования. Технический результат изобретения заключается в схемотехническом упрощении, сокращении номенклатуры и числа используемых логических элементов, а также обеспечении возможности реализации мажоритарного элемента на электронных компонентах с изменяемой архитектурой. Мажоритарный элемент «7 и более из 13» содержит 13 иерархических уровней с 46 двухвходовыми элементами И и 42 логическими элементами ИЛИ. 2 ил.

Мажоритарный элемент «7 и более из 13», содержащий 46 двухвходовых элементов И и 42 элемента ИЛИ, отличающийся тем, что содержит 13 иерархических уровней с логическими элементами ИЛИ и двухвходовыми элементами И, каждый из первых 6 уровней состоит из 6 пар элементов ИЛИ и И, при этом каждый из 12 первых входов устройства соединен с соответствующей парой элементов ИЛИ и И 1 уровня, а 13 вход соединен с шестой парой логических элементов ИЛИ и И 2 уровня, выходы каждого из логических элементов 1 уровня соединены с парой элементов ИЛИ и И 2 уровня, при этом первый элемент ИЛИ 1 уровня соединен с первой парой логических элементов ИЛИ и И 3 уровня, выходы каждого из логических элементов 2 уровня соединены с парами логических элементов ИЛИ и И 3 уровня, при этом последний элемент И 2 уровня соединен с шестой парой элементов ИЛИ и И 4 уровня, выходы каждого из логических элементов 3 уровня соединены с парой элементов ИЛИ и И 4 уровня, при этом первый элемент ИЛИ 3 уровня соединен с первой парой логических элементов ИЛИ и И 5 уровня, выходы каждого из логических элементов 4 уровня соединены с парами логических элементов ИЛИ и И 5 уровня, при этом последний элемент И 4 уровня соединен с шестой парой элементов ИЛИ и И 6 уровня, выходы каждого из логических элементов 5 уровня соединены с парой элементов ИЛИ и И 6 уровня, при этом выход первого элемента ИЛИ 5 уровня соединен с первым элементом И 7 уровня, к другому входу которого подключен выход первого элемента ИЛИ 6 уровня, выходы следующей пары элементов И и ИЛИ 6 уровня подключены к второму элементу И 7 уровня, при этом выход элемента ИЛИ 6 уровня также подключен к первому элементу И 8 уровня, на другой вход которого подключен выход первого элемента И 7 уровня, выходы следующей пары элементов И и ИЛИ 6 уровня подключены к третьему элементу И 7 уровня, при этом выход элемента ИЛИ 6 уровня также подключен к элементу И 9 уровня, к другому входу которого подключен выход первого элемента И 8 уровня, к выходу следующего элемента И 6 уровня подключен элемент ИЛИ 9 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента ИЛИ 8 уровня, выход следующего элемента ИЛИ 6 уровня подключен к третьему элементу И 8 уровня и к элементу И 10 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента И 9 уровня, при этом к входу третьего элемента И 8 уровня подключен выход третьего элемента И 7 уровня, выход следующего элемента И 6 уровня подключен к элементу ИЛИ 8 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента ИЛИ 7 уровня, выход следующего элемента ИЛИ 6 уровня подключен к второму элементу И 8 уровня, к второму входу которого подключен выход второго элемента И 7 уровня, выход следующего элемента И 6 уровня подключен к элементу ИЛИ 7 уровня, к другому входу которого подключен выход последнего элемента И 6 уровня, выход предпоследнего элемента ИЛИ 6 уровня подключен к элементу И 12 уровня, к второму входу которого подключен выход элемента И 11 уровня, к входу элемента И 11 уровня подключен выход элемента И 10 уровня, второй вход которого соединен с входом второго элемента И 8 уровня, выход третьего элемента И 8 уровня подключен к элементу ИЛИ 10 уровня, к другому входу которого подключен выход элемента ИЛИ 9 уровня, при этом выход элемента ИЛИ 10 уровня соединен с элементом ИЛИ 11 уровня, к другому входу которого подключен выход второго элемента И 8 уровня, к входам элемента ИЛИ 13 уровня подключен выход элемента ИЛИ 11 уровня и выход элемента И 12 уровня, при этом его выход является выходом мажоритарного повторителя.